plaquettes SOI (silicium sur isolant)Il s'agit d'un matériau semi-conducteur spécialisé, constitué d'une couche de silicium ultra-mince déposée sur une couche d'oxyde isolante. Cette structure sandwich unique offre des performances nettement supérieures aux dispositifs semi-conducteurs.
Composition structurelle :
Couche active (silicium supérieur) :
Épaisseur allant de quelques nanomètres à quelques micromètres, servant de couche active pour la fabrication des transistors.
Couche d'oxyde enfouie (BOX) :
Une couche isolante de dioxyde de silicium (0,05-15 μm d'épaisseur) qui isole électriquement la couche du dispositif du substrat.
Substrat de base :
Silicium massif (100-500 μm d'épaisseur) assurant le support mécanique.
Selon la technologie de processus de préparation, les principales voies de traitement des plaquettes de silicium SOI peuvent être classées comme suit : SIMOX (technologie d’isolation par injection d’oxygène), BESOI (technologie d’amincissement par collage) et Smart Cut (technologie de décapage intelligent).
SIMOX (technologie d'isolation par injection d'oxygène) est une technique qui consiste à injecter des ions d'oxygène de haute énergie dans des plaquettes de silicium pour former une couche d'oxyde de silicium, laquelle est ensuite soumise à un recuit à haute température afin de corriger les défauts du réseau cristallin. Le principe repose sur l'injection directe d'ions oxygène pour former une couche d'oxygène enterrée.
La technologie BESOI (Bonging Thinning) consiste à coller deux plaquettes de silicium, puis à en amincir une par meulage mécanique et gravure chimique pour former une structure SOI. Le principe repose sur le collage et l'amincissement.
La technologie Smart Cut (exfoliation intelligente) forme une couche exfoliée par injection d'ions hydrogène. Après collage, un traitement thermique est effectué pour exfolier la plaquette de silicium le long de cette couche, formant ainsi une couche de silicium ultra-mince. Le cœur du procédé est obtenu par décapage par injection d'hydrogène.
Actuellement, une autre technologie, appelée SIMBOND (technologie de liaison par injection d'oxygène), a été développée par Xinao. Il s'agit en fait d'un procédé combinant l'isolation par injection d'oxygène et les techniques de liaison. Dans ce procédé, l'oxygène injecté sert de couche barrière d'amincissement, tandis que la couche d'oxygène enterrée est une couche d'oxydation thermique. Ainsi, on améliore simultanément des paramètres tels que l'uniformité du silicium de surface et la qualité de la couche d'oxygène enterrée.
Les plaquettes de silicium SOI fabriquées selon différentes méthodes techniques présentent des paramètres de performance différents et conviennent à différents scénarios d'application.
Le tableau ci-dessous récapitule les principaux avantages des plaquettes de silicium SOI en termes de performances, ainsi que leurs caractéristiques techniques et leurs applications concrètes. Comparé au silicium massif traditionnel, le SOI offre un compromis optimal entre vitesse et consommation d'énergie. (Remarque : les performances du FD-SOI 22 nm sont proches de celles du FinFET, pour un coût réduit de 30 %.)
| Avantage de performance | Principe technique | Manifestation spécifique | Scénarios d'application typiques |
| Faible capacité parasite | La couche isolante (BOX) bloque le couplage de charge entre le dispositif et le substrat | La vitesse de commutation a augmenté de 15 à 30 %, la consommation d'énergie a été réduite de 20 à 50 %. | Puces de communication haute fréquence RF 5G |
| Courant de fuite réduit | La couche isolante supprime les chemins de courant de fuite. | Courant de fuite réduit de plus de 90 %, durée de vie de la batterie prolongée | Dispositifs IoT, électronique portable |
| Dureté accrue aux radiations | La couche isolante bloque l'accumulation de charges induite par le rayonnement. | Tolérance aux radiations améliorée de 3 à 5 fois, réduction des incidents ponctuels | Engins spatiaux, équipements de l'industrie nucléaire |
| Contrôle de l'effet de canal court | Une fine couche de silicium réduit les interférences du champ électrique entre le drain et la source. | Stabilité de la tension de seuil améliorée, pente sous-seuil optimisée | Puces logiques de nœud avancé (<14 nm) |
| Gestion thermique améliorée | La couche isolante réduit le couplage par conduction thermique | Accumulation de chaleur réduite de 30 %, température de fonctionnement inférieure de 15 à 25 °C | Circuits intégrés 3D, électronique automobile |
| Optimisation haute fréquence | Capacité parasite réduite et mobilité des porteurs améliorée | Délai réduit de 20 %, prise en charge du traitement du signal > 30 GHz | Communication par ondes millimétriques, puces de communication par satellite |
| Flexibilité accrue en matière de conception | Aucun dopage de puits requis, supporte le polarisation inverse | 13 à 20 % d'étapes de processus en moins, densité d'intégration supérieure de 40 % | Circuits intégrés mixtes, capteurs |
| Immunité de verrouillage | La couche isolante isole les jonctions PN parasites | Le seuil de courant de verrouillage a été augmenté à >100 mA | Dispositifs de puissance haute tension |
En résumé, les principaux avantages de la technologie SOI sont : sa rapidité d’exécution et son efficacité énergétique supérieure.
Grâce à ces caractéristiques de performance, la technologie SOI trouve de nombreuses applications dans les domaines exigeant d'excellentes performances en termes de fréquence et de consommation d'énergie.
Comme indiqué ci-dessous, en fonction de la proportion de domaines d'application correspondant à la technologie SOI, on constate que les dispositifs RF et de puissance représentent la grande majorité du marché SOI.
| Domaine d'application | Part de marché |
| RF-SOI (Radiofréquence) | 45% |
| Power SOI | 30% |
| FD-SOI (Totalement épuisé) | 15% |
| SOI optique | 8% |
| Capteur SOI | 2% |
Avec la croissance de marchés tels que les communications mobiles et la conduite autonome, les plaquettes de silicium SOI devraient également maintenir un certain taux de croissance.
XKH, leader de l'innovation dans le domaine des plaquettes SOI (Silicon-On-Insulator), propose des solutions SOI complètes, de la R&D à la production en série, grâce à des procédés de fabrication à la pointe de l'industrie. Notre gamme complète comprend des plaquettes SOI de 200 mm et 300 mm, déclinées en variantes RF-SOI, Power-SOI et FD-SOI. Un contrôle qualité rigoureux garantit une constance de performance exceptionnelle (uniformité d'épaisseur à ±1,5 %). Nous offrons des solutions personnalisées avec une couche d'oxyde enterrée (BOX) d'une épaisseur allant de 50 nm à 1,5 µm et différentes spécifications de résistivité pour répondre à des exigences spécifiques. Forts de 15 ans d'expertise technique et d'une chaîne d'approvisionnement mondiale performante, nous fournissons en toute fiabilité des substrats SOI de haute qualité aux plus grands fabricants de semi-conducteurs du monde, permettant ainsi des innovations de pointe dans les domaines des communications 5G, de l'électronique automobile et de l'intelligence artificielle.
XKH'plaquettes SOI :
Date de publication : 24 avril 2025